[發明專利]變電仿真VR系統中虛擬手骨骼比例推定方法

在審

• 申請號: 201810839943.1
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109102572A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 錢波;蘇慧民;戴黎明;馬劍勛
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司;國網江蘇省電力有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T7/80
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 張兢

1.一種變電仿真VR系統中虛擬手骨骼比例推定方法，基于MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統實施，所述MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統包括MEMS慣性傳感器、數據采集模塊、DSP處理板和計算機；MEMS慣性傳感器包括磁力計、加速度計和9軸運動傳感器，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

①利用MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統獲得人體手部骨骼關節點的位置信息和加速度信息，具體包括以下步驟：

第一步：采用標準姿態工裝設備驗證MEMS慣性傳感器檢測數據的可靠性和準確性；

第二步：通過運動學的手部骨骼結構分析，設立簡化的人體手部結構模型；

第三步：根據設立的人體手部結構簡化模型，在手部11個設定的關節上佩戴傳感器，利用磁力計、加速度計和9軸運動傳感器進行關節點的相對運動姿態數據采集；

第四步：MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統的數據采集模塊通過無線通信將采集的關節姿態數據發送給DSP處理板，DSP處理板經處理后發給計算機進行數據采集，實現手部主要關節的姿態測量；

②基于兩種特定姿態的標定，實現對佩戴傳感器的初始誤差校正，并對手部主要骨骼比例進行推算，具體步驟如下：

第一步：采用特定姿態一進行初始誤差的糾正：

佩戴傳感器的手擺出手部特定姿態一，所述手部特定姿態一為手部呈水平狀，五指并攏，手指自然伸直，手心向下；基于特定姿態一的標定算法得到誤差偏移矩陣，將獲取的運動數據進行空間轉換，使所有運動數據統一到手部骨骼坐標系下；

第二步：采用特定姿態二進行手指長度的標定：

佩戴傳感器的手擺出手部特定姿態二，所述手部特定姿態二為手部呈水平狀，五指自然展開最大，手指自然伸直，手心向下；在特定姿態二時，食指掌指關節與中指掌指關節的旋轉矩陣由慣性傳感器采集得到，食指掌指關節與中指掌指關節之間的夾角通過旋轉矩陣的計算得到；此時，

食指掌指關節到中指所在直線的距離表示為：

式中，為掌腕關節到食指掌指關節的距離；

食指掌指關節到中指掌指關節的距離表示為：

式中，為掌腕關節到中指掌指關節的距離；

第三步，將手部掌骨比例關系與手指間距離的推算相結合，使虛擬手更符合美學觀形狀：拇指掌骨長=0.673×食指掌骨長=0.701×中指掌骨長=0.778×無名指掌骨長=0.847×小手指掌骨長；

③對最終獲取到的完整手部骨架模型再次采用手部骨架模型的生理與運動約束條件進行檢驗，驗證運動數據的可靠性。

2.根據權利要求1所述的變電仿真VR系統中虛擬手骨骼比例推定方法，其特征在于：所述步驟①的第二步中設立的簡化人體手部結構模型為1只手的每個手指只選取兩個指段，選取手部的10個指關節和1個掌腕關節共11個關節建立的手的層次結構模型；所述10個指關節為各手指的掌指關節、大拇指的遠側指間關節以及其余手指的近側指間關節。